基于mmc的statcom故障诊断方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于MMC的STATCOM故障诊断方法，包括步骤1：获取STATCOM的输出电压Vrout和阈值电压Vth，判断STATCOM是否发生故障；输出电压Vrout为STATCOM未滤波的输出电压；步骤2：计算半桥功率模块i发生故障后STATCOM输出电压Fi与输出电压Vrout的差值ΔV，从而确定STATCOM的故障点为与差值ΔV的最小值对应的半桥功率模块。与现有技术相比，本发明提供的基于MMC的STATCOM故障诊断方法不受负载侧电压和电流变化的影响，计算量少，易于实现。
【专利说明】基于MMC的STATCOM故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种STATCOM故障诊断方法，具体涉及一种基于MMC的STATCOM故障 诊断方法。
【背景技术】
[0002] 静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM)由于在运行范围、 可控性和响应速度等方面较传统的无功补偿系统，如SVC和调相机，具有明显的优势，广泛 应用于柔性交流输电系统。STATCOM是一个非常复杂而庞大的装置，包括众多的子系统：主 干电力电子电路、控制与保护、脉冲发生与分配、监测与诊断、水冷、远控、电源等。所有的子 系统必须各自正常运行并相互协作以实现装置的整体功能，其中任何一个部件失效必将影 响整个系统的正常工作，甚至导致全局性故障。因此，对装置整体及其各部件的运行进行实 时监测是一个非常重要的问题。
[0003] STATCOM装置长期投入电网运行，难免发生故障，故障分析与诊断的重要性不仅在 于技术人员可以借此重审系统的工作原理和装置的设计实现，而且故障的定性与定位是使 装置快速恢复正常运行的前提。
[0004] 当前基于MMC的STATCOM内部故障诊断方法大部分是采用神经网络的人工智能诊 断方法和采用输出电压的频谱分析方法，但是这些方法不仅诊断故障的周期长，而且计算 量特别大，易于造成资源的浪费。因此，需要提一种能够不受STATCOM输出电压和电流变化 的影响，计算量少，易于实现的故障诊断方法。
【发明内容】
[0005] 为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于MMC的STATCOM故障诊断方法， 所述STATCOM包括η个级联的半桥功率模块，所述故障的类型包括半桥功率模块的短路故 障、开路故障、直流侧短路电容故障和滤波侧短路电容故障；所述方法包括：
[0006] 步骤1 :获取所述STATCOM的输出电压Vrout和阈值电压Vth，判断所述STATCOM是 否发生故障；所述输出电压V MUt为STATCOM未滤波的输出电压；
[0007] 步骤2 :计算半桥功率模块i发生故障后所述STATCOM输出电压匕与所述输出电 压VMUt的差值Λ V，从而确定所述STATCOM的故障点为与所述差值Λ V的最小值对应的所 述半桥功率模块，i = 1，2, 3,. . .，η。
[0008] 优选的，所述步骤1包括：
[0009] 当VMUt = Vth时，则所述STATCOM没有发生故障；
[0010] 当vrout > Vth或VMUt < Vth时，则计算所述STATCOM的输出电压VMUt的误差率
【权利要求】
1. 一种基于MMC的STATCOM故障诊断方法，所述STATCOM包括n个级联的半桥功率模 块，其特征在于，所述故障的类型包括半桥功率模块的短路故障、开路故障、直流侧短路电 容故障和滤波侧短路电容故障；所述方法包括： 步骤1 :获取所述STATCOM的输出电压VMUt和阈值电压Vth，判断所述STATCOM是否发 生故障；所述输出电压Vrout为STATCOM未滤波的输出电压； 步骤2 :计算半桥功率模块i发生故障后所述STATCOM输出电压Fi与所述输出电压VMUt 的差值AV，从而确定所述STATCOM的故障点为与所述差值AV的最小值对应的所述半桥功 率模块，i= 1，2, 3,. . .，n。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括： 当Vrout =Vth时，则所述STATCOM没有发生故障； 当Vrout >Vth或VMUt <Vth时，则计算所述STATCOM的输出电压Vrout的误差率
;若所述误差率IeI彡5 %，则所述STATCOM发生故障； 所述阈值电压Vth的取值范围为
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中 所述差值
其中，所述Ai =IVraut-FiI，j为输出电压Fi的采样次数，j= 1，2, 3,. ..，m;fk =mXf。，fk为采样频率，f。为载波频率。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中当所述半桥功率模块i发生开 路故障时，确定所述STATCOM的故障点包括： 采集所述半桥功率模块i的上桥臂开路时STATCOM的输出电压Fil和下桥臂开路时STATCOM的输出电压Fi2，计算输出电压Fil与输出电压VMUt的差值AVil以及计算输出电压 Fi2与输出电压VMUt的差值AVi2 ; 若所述差值AVil最小，则所述半桥功率模块i的上桥臂发生开路故障； 若所述差值AVi2最小，则所述半桥功率模块i的下桥臂发生开路故障。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于， 所述半桥功率模块i的上桥臂开路时STATCOM的输出电压Fil的计算方法包括： 若Su=1，Su=0,且电流由上桥臂的电力电子器件的发射极流出时，则所述输出电 压Fil = (S1J+. ? ? +Si-u+Si+u+Si.u+. ? ? +Siu)XE; 若Su=1，Si,2 =0,且电流流入上桥臂的电力电子器件的发射极时，则所述输出电压Fii= (Si,!+. ? ? +Si；!+Si+1；!+Sit2j!+. . . +Sn；1)XE； 若=0士,2 =1，且电流任意方向流动时，则所述输出电压Fil = (S1, 士..+SiJSi+I,i+Si+2,1+- ? ? +Sn；1)XE； 若Sia = 0,Si>2 = 0,则所述输出电压Fil = (S1;1+. ? ? +Su+Si+u+Siw+. ? ? +Sn;1)XE; 所述半桥功率模块i的下桥臂开路时STATCOM的输出电压Fi2的计算方法包括： 若Su=0,Si,2 =1，且电流流入上桥臂的电力电子器件的发射极时，则所述输出电压 Fi2- (S11+. . . +Sj_1；!+Si+^!+Sit2j!+. . . +Sn；1+Si；2)XE； 若Su= 0,Si,2 = 1，且电流由上桥臂的电力电子器件的发射极流出时，则所述输出电 压Fi2 = (Sn+. ? ? +Su+Si.u+Si.u+. ? ? +Sn>1)XE; 若Sia =I,Si>2 = 0,且电流任意方向流动时,则所述输出电压Fi2 = (S1;1+. . . +SiJSi+i,i+Si+2,i+- ? ? +Sn；1)XE； 若Sia = 0,Si>2 = 0,则所述输出电压Fi2 = (S1;1+. ? ? +Su+Si+u+Siw+. ? ? +Sn;1)XE; 所述Su为半桥功率模块i的上桥臂开关状态信号，所述Si,2为半桥功率模块i的下桥 臂开关状态信号，所述E为STATCOM中半桥功率模块i直流侧的电容电压。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中当所述半桥功率模块i发生短 路故障时，确定所述STATC0M的故障点包括： 采集所述半桥功率模块i发生短路时STATC0M的输出电压Fis，计算输出电压Fis与输 出电压Vrout的差值AVis，若与所述半桥功率模块i对应的差值AVis最小，则所述半桥功率 模块i发生短路故障；采集所述半桥功率模块i的上桥臂电压Vil、下桥臂电压Vi2和直流侧 电容电压Vic;; 若所述上桥臂电压Vil =0,则所述半桥功率模块i的上桥臂发生短路； 若所述下桥臂电压Vi2 =0,则所述半桥功率模块i的下桥臂发生短路； 若所述直流侧电容电压\。=0,则所述半桥功率模块i的直流侧电容发生短路； 所述输出电压 Fis- (Si'fSu+StfSp+. ? ?+SiU-Si-LfSwJ-SiIdSiAfSiA2+. ? ?+S11J-S1^2)XE，所 述Su为半桥功率模块i的上桥臂开关状态信号，所述Si,2为半桥功率模块i的下桥臂开关 状态信号，所述E为STATC0M中半桥功率模块直流侧的电容电压。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中当所述半桥功率模块i发生滤 波侧短路电容故障时，确定所述STATC0M的故障点包括： 采集所述半桥功率模块i的桥臂短路时STATC0M的输出电压Fies和负载侧的电压波 形； 若所述输出电压Fic;s与所述输出电压Vrout相等，所述负载侧的电压波形发生畸变且基 波幅值降低，则所述STATC0M滤波侧的电容发生短路； 所述输出电压Fics = (Su-S1J+. -- +Si-U-SHjSu-Si^SiW-SiW+. -- +Siu-SnJXE; 所述Su为半桥功率模块i的上桥臂开关状态信号，所述Si,2为半桥功率模块i的下桥臂开 关状态信号，所述E为STATC0M中半桥功率模块直流侧的电容电压。 n
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述STATC0M的输出电压= i X /：或 /：-1 Yl 者输出电压= [Ix 所述E为STATC0M中半桥功率模块的电容电压。 /=1
9. 如权利要求1-8任一项权利要求所述的方法，其特征在于，采用所述方法的STATC0M 故障诊断系统包括主控电路单元和子模块电路单元；所述子模块电路单元设置在半桥功 率模块的电路板上，采集所述半桥功率模块直流侧的电容电压E和输出电压Fi ;所述主控 电路单元设置在STATC0M的监控侧，接收所述子模块电路单元发送的采样数据，判断所述 STATCOM发生的故障类型，并向所述子模块电路单元发送解除故障指令； 所述子模块电路单元包括A/D转换模块和CPLD模块； 所述主控电路单元包括第一FPGA模块、第二FPGA模块、第一DSP模块和第二DSP模 块；所述第一FPGA模块与第一DSP模块连接，所述第二FPGA模块与第二DSP模块；所述第 一DSP模块和第二DSP模块通过双口RAM连接。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述A/D转换模块将所述半桥功率模块的 电容电压E和输出电压Fi转换为数字信号所述CPLD模块；所述CPLD模块将所述数字信号 转换为光信号或者电信号后发送到所述主控电路单元； 所述第一FPGA模块将所述光信号或者电信号发送到第一DSP模块；所述第一DSP模块 依据所述第一FPGA模块发送的数据和半桥功率模块中每个桥臂的开关状态信号，计算半 桥功率模块i发生故障后STATCOM输出电压Fi与输出电压VMUt的差值AV，从而确定所述 STATC0M发生的故障类型； 所述第二DSP模块接收所述第一DSP模块发送的STATC0M故障信息，监控所述主控电 路单元和子模块电路单元的工作状态，并将所述故障信息和所述工作状态发送到第二FPGA 模块； 所述第二FPGA模块根据预设值的所述故障类型的等级，确定是否向所述子模块电路 单元发送解除故障指令；所述解除故障指令包括对发生故障的半桥功率模块下发的驱动桥 臂开关指令和锁闭桥臂开关指令。
【文档编号】G01R31/00GK104267296SQ201410563281
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】訾振宁, 燕翚, 叶卫华, 刘学博, 韦统振, 霍群海, 董亮, 王艺璇 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞科技有限公司, 中国科学院电工研究所